Wat is de Stirling-cyclus?
De Stirling-cyclus is een type regeneratieve thermodynamische cyclus die in staat is een op zichzelf staande werkvloeistof en een interne warmtewisselende component te gebruiken om warmte om te zetten in mechanische beweging of andersom. Dat maakt de Stirling-cyclus nuttig in motoren, warmtepompen, koeling en tal van andere toepassingen. Een aantal verschillende motorontwerpen maakt gebruik van de Stirling-cyclus, waarvan de meeste een of twee cilinders bevatten. Ongeacht het specifieke ontwerp doorloopt een motor die deze cyclus gebruikt de vier stappen van compressie, de toevoeging van warmte, expansie en de verwijdering van warmte.
Er zijn een aantal verschillende externe verbrandingsmotoren, die elk een ander type thermodynamische cyclus gebruiken. Stoommachines werken volgens de principes van de Rankine-cyclus, die een werkvloeistof, zoals water, in zowel vloeibare als gasvormige toestanden gebruikt. Er moeten van tijd tot tijd extra vloeistoffen worden toegevoegd om de efficiëntie van deze systemen te verminderen. De Stirling-cyclus, die oorspronkelijk werd uitgevonden in 1816 als een rivaal voor de Rankine-cyclus, maakt gebruik van een werkvloeistof die in het systeem is verzegeld. In de meeste gevallen is de werkvloeistof die wordt gebruikt in Stirling-motoren lucht.
Het basisidee achter de Stirling-cyclus draait om het verwarmen en vervolgens afkoelen van een enkel volume werkvloeistof. Dat veroorzaakt de thermische uitzetting en samentrekking van de vloeistof, die kan worden gebruikt om mechanisch werk uit te voeren. In de meeste gevallen wordt dit bereikt door zuigers aan een vliegwiel te bevestigen. Terwijl de vloeistof in het systeem uitzet en samentrekt, worden de zuigers op en neer gedreven, waardoor het vliegwiel draait. De Stirling-cyclus wordt een regeneratieve cyclus genoemd vanwege het feit dat de vloeistof zelfstandig is en hetzelfde volume vloeistof wordt gebruikt in zowel de compressiekamer als de expansiekamer.
Het gebruik van de Stirling-cyclus is niet beperkt tot motoren, omdat het proces ook omkeerbaar is. Dat betekent dat het mogelijk is dat een apparaat dat deze cyclus gebruikt, als een warmtepomp fungeert als er mechanische stroom wordt geleverd. In dit geval wordt extern mechanisch vermogen gebruikt om de zuigers aan te drijven, die de werkvloeistof tussen de expansiekamer en compressiekamer pompen. Afhankelijk van de manier waarop een apparaat is ingesteld, kan deze omkering van de cyclus worden gebruikt in een warmtepomp, koelapparaat of elke andere toepassing die warmte-overdracht vereist.